DE10297048B4 - Water vapor transmission device for a fuel cell reformer - Google Patents
Water vapor transmission device for a fuel cell reformer Download PDFInfo
- Publication number
- DE10297048B4 DE10297048B4 DE10297048T DE10297048T DE10297048B4 DE 10297048 B4 DE10297048 B4 DE 10297048B4 DE 10297048 T DE10297048 T DE 10297048T DE 10297048 T DE10297048 T DE 10297048T DE 10297048 B4 DE10297048 B4 DE 10297048B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- reactor
- reformate
- water
- reactant
- water transfer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
- C01B3/501—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B5/00—Water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
- C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
- C01B2203/0244—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being an autothermal reforming step, e.g. secondary reforming processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
- C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0435—Catalytic purification
- C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
- C01B2203/0465—Composition of the impurity
- C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
- C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0838—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel
- C01B2203/0844—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by heat exchange with exothermic reactions, other than by combustion of fuel the non-combustive exothermic reaction being another reforming reaction as defined in groups C01B2203/02 - C01B2203/0294
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/08—Methods of heating or cooling
- C01B2203/0872—Methods of cooling
- C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
- C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
- C01B2203/1064—Platinum group metal catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
- C01B2203/1041—Composition of the catalyst
- C01B2203/1082—Composition of support materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1205—Composition of the feed
- C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1235—Hydrocarbons
- C01B2203/1247—Higher hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/1288—Evaporation of one or more of the different feed components
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/14—Details of the flowsheet
- C01B2203/142—At least two reforming, decomposition or partial oxidation steps in series
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/14—Details of the flowsheet
- C01B2203/148—Details of the flowsheet involving a recycle stream to the feed of the process for making hydrogen or synthesis gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/16—Controlling the process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/16—Controlling the process
- C01B2203/1604—Starting up the process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
- C01B2203/82—Several process steps of C01B2203/02 - C01B2203/08 integrated into a single apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Brennstoffprozessor
für die
Erzeugung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff
mit
einem Reaktor für
die Erzeugung von wasserstoffhaltigem Reformat unter Verwendung
von Oxidationsmittel, Wasser und Kohlenwasserstoff-Brennstoff;
gekennzeichnet
durch
eine Wasserübertragungsvorrichtung,
die derart ausgestaltet ist, dass sie Wasserdampf von dem Reformat,
das durch den Reaktor erzeugt wird, auf einen von dem Reaktor verwendeten
Reaktanden überträgt, bevor
das Reformat einer Brennstoffzelle zugeführt wird, wobei die Wasserübertragungsvorrichtung
eine Wasserübertragungsmembran
umfasst.Fuel processor for the production of hydrogen from a hydrocarbon fuel with
a reactor for the production of hydrogenated reformate using oxidizer, water and hydrocarbon fuel;
marked by
a water transfer device configured to transfer water vapor from the reformate produced by the reactor to a reactant used by the reactor before the reformate is supplied to a fuel cell, the water transfer device comprising a water transfer membrane.
Description
Diese Erfindung betrifft Reformer für die Erzeugung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoff-Brennstoff. Derartige Reformer können dazu verwendet werden, Wasserstoff für Brennstoffzellen in einer Energieerzeugungsanlage bzw. Antriebseinrichtung (engl. power plant) zu erzeugen. Insbesondere betrifft diese Erfindung Reformer mit einer Vorrichtung, die Wasserdampf von dem wasserstoffhaltigen Reformat, das durch den Reformer erzeugt wird, zurück an den Brennstoff- und Lufteingang des Reformers überträgt.These Invention relates to reformer for the production of hydrogen from hydrocarbon fuel. Such reformers can be used to hydrogen for fuel cells in one Power generation plant or power plant to create. In particular, this invention relates to reformer a device containing water vapor from the hydrogenated reformate, which is generated by the reformer, back to the fuel and air inlet of the reformer transfers.
Brennstoffzellen sind Vorrichtungen, die elektrochemische Energie durch die Reaktion reduzierender und oxidierender Chemikalien in Elektrizität umwandeln. Brennstoffzellen sind bisher bei vielen Anwendungen als Energie- bzw. Antriebsquelle verwendet worden und können gegenüber anderen Quellen für elektrische Energie erhebliche Vorteile bieten, wie beispielsweise einen verbesserten Wirkungsgrad, eine verbesserte Zuverlässigkeit wie auch Lebensdauer, geringere Kosten und Umweltvorteile. Insbesondere sind Elektromotoren, die durch Brennstoffzellen betrieben werden, zur Verwendung in Autos und anderen Fahrzeugen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden.fuel cells are devices that provide electrochemical energy through the reaction converting reducing and oxidizing chemicals into electricity. Fuel cells have been used in many applications as energy or drive source used and can be compared to other sources of electrical Energy offer significant benefits, such as an improved Efficiency, improved reliability as well as lifetime, lower costs and environmental benefits. In particular, electric motors, powered by fuel cells for use in cars and other vehicles proposed as a replacement for internal combustion engines Service.
Brennstoffzellen verwenden typischerweise Wasserstoff und Luft als die reduzierenden und oxidierenden Materialien, um elektrische Energie und Wasser zu erzeugen. Die Zelle umfasst allgemein eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode, die durch einen Elektrolyten getrennt sind. Wasserstoff wird an die Anodenelektrode geliefert, und Sauerstoff (oder Luft) wird an die Kathodenelektrode geliefert. Das Wasserstoffgas wird an der Anode in Elektronen und Wasserstoffionen (Protonen) getrennt. Die Wasserstoffionen gelangen durch den Elektrolyten an die Kathode. Die Elektronen wandern durch die Stromschaltung (beispielsweise an einen Motor) an die Kathode. An der Kathode werden die Wasserstoffionen, Elektronen wie auch der Sauerstoff dann kombiniert, um Wasser zu bilden. Die Reaktionen an der Anode und Kathode werden durch einen Katalysator, typischerweise Platin, erleichtert.fuel cells typically use hydrogen and air as the reducing ones and oxidizing materials to electrical energy and water to create. The cell generally comprises an anode electrode and a cathode electrode separated by an electrolyte. Hydrogen is supplied to the anode electrode, and oxygen (or air) is supplied to the cathode electrode. The hydrogen gas becomes at the anode in electrons and hydrogen ions (protons) separated. The hydrogen ions arrive through the electrolyte the cathode. The electrons travel through the current circuit (for example to a motor) to the cathode. At the cathode, the hydrogen ions, Electrons as well as the oxygen then combined to add water form. The reactions at the anode and cathode are by a Catalyst, typically platinum, facilitates.
Die Anode und Kathode der Brennstoffzelle sind durch einen Elektrolyten getrennt. Es existieren verschiedene Typen von Brennstoffzellen, von denen jeder ein anderes Elektrolytsystem umfasst und jeder Vorteile besitzt, die diesen für gegebene, kommerzielle Anwendungen besonders geeignet machen. Ein Typ ist die Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (PEM), die eine dünne Polymermembran verwendet, die für Protonen, jedoch nicht für Elektronen, durchlässig ist. PEM-Brennstoffzellen sind besonders gut zur Verwendung in Fahrzeugen geeignet, da sie einen hohen Strom liefern können und weniger als andere Brennstoffzellensysteme wiegen.The Anode and cathode of the fuel cell are through an electrolyte separated. There are different types of fuel cells, each of which includes a different electrolyte system and benefits everyone owns this for make commercial applications particularly suitable. A guy is the fuel cell with proton exchange membrane (PEM), the a thin one Polymer membrane used for Protons, but not for Electrons, permeable is. PEM fuel cells are particularly good for use in vehicles suitable because they can deliver a high current and less than others Weigh fuel cell systems.
Die Membran in der PEM-Brennstoffzelle ist ein Teil einer Membranelektrodenanordnung (MEA), die die Anode auf einer Seite der Membran und die Kathode auf der gegenüberliegenden Seite aufweist. Die Membran besteht typischerweise aus einem Ionentauscherharz, wie beispielsweise perfluorierter Sulfonsäure. Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar elektrisch leitfähiger Elemente angeordnet, die als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen und geeignete Kanäle und/oder Öffnungen zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brenn stoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren umfassen.The Membrane in the PEM fuel cell is part of a membrane electrode assembly (MEA), which is the anode on one side of the membrane and the cathode on the opposite side Side has. The membrane typically consists of an ion exchange resin, such as perfluorinated sulfonic acid. The MEA is layered disposed between a pair of electrically conductive elements, the as current collectors for the anode and cathode serve and suitable channels and / or openings for Distribution of gaseous Reactants of the fuel cell over the surfaces the respective anode and cathode catalysts.
Die Anode und Kathode umfassen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel, die auf Kohlenstoffpartikeln getragen sind und mit einem protonenleitenden Harz gemischt sind. Die katalytischen Partikel sind typischerweise Edelmetallpartikel, wie beispielsweise Platin. Derartige MEAs sind demgemäß relativ teuer herzustellen und erfordern gesteuerte Betriebsbedingungen, um eine Schädigung der Membran und der Katalysatoren zu verhindern. Diese Bedingungen umfassen eine richtige Wassersteuerung wie auch Befeuchtung und eine Steuerung von den Katalysator schädigenden Bestandteilen, wie beispielsweise Kohlenmonoxid. Typische PEM-Brennstoffzellen und MEAs sind in dem U.S.-Patent 5,272,017 von Swathirajan et al., das am 21. Dezember 1993 erteilt wurde, und dem U.S.-Patent 5,316,871, von Swathirajan et al., das am 31. Mai 1994 erteilt wurde, beschrieben.The The anode and cathode typically comprise finely divided catalytic Particles that are carried on carbon particles and with a proton conductive resin are mixed. The catalytic particles are typically noble metal particles such as platinum. Such MEAs are accordingly relative expensive to manufacture and require controlled operating conditions, for damage to prevent the membrane and the catalysts. These conditions include proper water control as well as humidification and a control of catalyst damaging constituents, such as Carbon monoxide. Typical PEM fuel cells and MEAs are disclosed in U.S. Patent 5,272,017 to Swathirajan et al., Issued December 21, 1993 and U.S. Patent 5,316,871 to Swathirajan et al on May 31, 1994.
Die Spannung von einer einzelnen Zelle beträgt nur etwa 1 Volt. Demgemäß sind, um die höheren Strom- bzw. Spannungsanforderungen von Fahrzeugen und anderen kommerziellen Anwendungen erfüllen zu können, mehrere Zellen in Reihe kombiniert. Diese Kombination ist typischerweise in einem Stapel bzw. "Stack" angeordnet, der durch einen elektrisch isolierenden Rahmen umgeben ist, der Durchgänge besitzt, um den Fluss der Wasserstoff- und Sauerstoff- (Luft-) Reaktanden und den Wasserabfluss zu führen. Da die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff auch Wärme erzeugt, muss der Brennstoffzellenstapel auch gekühlt werden. Anordnungen von mehreren Zellen in einem Stapel sind beschrieben in dem U.S.-Patent 5,763,113 von Meltser et al., das am 9. Juni 1998 erteilt wurde, und dem U.S.-Patent 6,099,484 von Rock, das am 8. August 2000 erteilt wurde.The Voltage from a single cell is only about 1 volt. Accordingly, around the higher ones Current or voltage requirements of vehicles and other commercial Meet applications to be able to several cells combined in series. This combination is typical arranged in a stack or "stack", the surrounded by an electrically insulating frame having passages, around the flow of hydrogen and oxygen (air) reactants and to run the water drain. Since the reaction of oxygen and hydrogen also generates heat, the fuel cell stack must also be cooled. Arrangements of multiple cells in a stack are described in the U.S. patent 5,763,113 to Meltser et al., Issued June 9, 1998; and U.S. Patent 6,099,484 to Rock, issued Aug. 8, 2000 has been.
Bei vielen Anwendungen ist es erwünscht, einen leicht verfügbaren Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wie beispielsweise Methan (Erdgas), Methanol, Benzin oder Dieselkraftstoff als die Wasserstoffquelle für die Brennstoffzelle zu verwenden. Derartige Brennstoffe sind relativ leicht zu speichern, und es existiert bereits eine kommerzielle Infrastruktur für deren Lieferung. Flüssige Brennstoffe, wie beispielsweise Benzin, sind für Fahrzeuganwendungen besonders geeignet. Jedoch müssen Kohlenwasserstoff-Brennstoffe aufgespalten werden, um Wasserstoffgas zur Belieferung der Brennstoffzelle freizusetzen. Brennstoffprozessoren für Energieerzeugungsanlagen zur Lieferung von Wasserstoff umfassen einen oder mehrere Reaktoren oder "Reformer", in denen der Brennstoff mit Wasserdampf und manchmal Luft reagiert, um Reaktionsprodukte zu erzielen, die hauptsächlich Wasserstoff und Kohlendioxid umfassen.In many applications, it is desirable to use a readily available hydrocarbon fuel such as methane (natural gas), methanol, gasoline or diesel fuel as the hydrogen source for the fuel cell. such Fuels are relatively easy to store, and there is already a commercial infrastructure for their delivery. Liquid fuels, such as gasoline, are particularly suitable for vehicle applications. However, hydrocarbon fuels must be split to release hydrogen gas to supply the fuel cell. Fuel processors for power plants for supplying hydrogen include one or more reactors or "reformers" in which the fuel reacts with water vapor and sometimes air to produce reaction products comprising primarily hydrogen and carbon dioxide.
Allgemein existieren zwei Typen von reformierenden Systemen: Wasserdampfreformer und autotherme Reformer. Jedes System besitzt Betriebseigenschaften, die es zur Verwendung bestimmter Typen von Brennstoffen und bei bestimmten Anwendungen mehr oder weniger geeignet machen. Bei der Wasserdampfreformierung reagieren ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff (typischerweise Methan oder Methanol) und Wasser (als Wasserdampf) miteinander, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen. Diese Reaktion verläuft endotherm und erfordert einen Zusatz von Wärme. Bei bevorzugten Systemen wird diese Wärme durch einen Brenner geliefert, der Wasserstoff verbrennt, der nach einem Durchgang des Reformats durch den Brennstoffzellenstapel unreagiert zurückbleibt.Generally There are two types of reforming systems: steam reformer and autothermal reformers. Each system has operating characteristics, which it uses for certain types of fuels and make certain applications more or less suitable. In the Steam reforming reacts with a hydrocarbon fuel (typically methane or methanol) and water (as water vapor), to produce hydrogen and carbon dioxide. This reaction is endothermic and requires an addition of heat. In preferred systems, this heat is delivered through a burner, the hydrogen burns after a passage of the reformate remains unreacted by the fuel cell stack.
Bei einem autothermen Reformierungsprozess werden Kohlenwasserstoff-Brennstoff (typischerweise Benzin), Wasserdampf und Luft an einen Primärreaktor geliefert, der zwei Reaktionen ausführt. Eine der Reaktionen ist eine Partialoxidationsreaktion, bei der Luft mit dem Brennstoff exotherm reagiert, und die andere der Reaktionen ist die endotherme Wasserdampfreformierungsreaktion (wie bei der Wasserdampfreformierung). Die Wärme von der exothermen Reaktion wird bei der endothermen Reaktion verwendet, wodurch der Bedarf nach einer externen Wärmequelle minimiert wird.at An autothermal reforming process will become hydrocarbon fuel (typically gasoline), water vapor and air to a primary reactor delivered, which carries out two reactions. One of the reactions is a partial oxidation reaction, in the air with the fuel exothermic reacts, and the other of the reactions is the endothermic Steam reforming reaction (as in steam reforming). The heat from the exothermic reaction is used in the endothermic reaction, thereby minimizing the need for an external source of heat.
Ein Nebenprodukt sowohl der Wasserdampf- als auch autothermen Reformierungsreaktion ist Kohlenmonoxid. Unglücklicherweise verschlechtert Kohlenmonoxid den Betrieb der Brennstoffzelle und insbesondere der PEM-Brennstoffzellen. Somit ist es erforderlich, dass Reaktoren unterstromig des Primärreaktors die Kohlenmonoxidkonzentration in dem wasserstoffreichen Reformat auf Größen absenken, die in dem Brennstoffzellenstapel tolerierbar sind. Unterstromige Reaktoren können einen Wasser-Gas-Shift-Reaktor (WGS-Reaktor) und einen Reaktor für selektive bzw. bevorzugte Oxidation (PrOx-Reaktor) umfassen. Der WGS-Reaktor wandelt Kohlenmonoxid und Wasser katalytisch um, um Wasserstoff und Kohlendioxid zu erzeugen. Der PrOx-Reaktor oxidiert Kohlenmonoxid selektiv zur Erzeugung von Kohlendioxid unter Verwendung von Sauerstoff aus Luft als einem Oxidationsmittel. Die Steuerung der Luftzufuhr zu dem PrOx-Reaktor ist wichtig, um Kohlenmonoxid selektiv zu oxidieren, während die Oxidation von Wasserstoff zu Wasser minimiert wird.One By-product of both the steam and autothermal reforming reaction is carbon monoxide. Unfortunately Carbon monoxide deteriorates the operation of the fuel cell and in particular the PEM fuel cell. Thus, it is necessary that reactors downstream of the primary reactor the carbon monoxide concentration in the hydrogen-rich reformate lower to sizes that are tolerable in the fuel cell stack. Downstream reactors can a water-gas-shift reactor (WGS reactor) and a reactor for selective or preferred oxidation (PrOx reactor) include. The WGS reactor converts carbon monoxide and water to catalytically generate hydrogen and carbon dioxide. The PrOx reactor selectively oxidizes carbon monoxide to produce Carbon dioxide using oxygen from air as one Oxidant. The control of the air supply to the PrOx reactor is important to selectively oxidize carbon monoxide while the Oxidation of hydrogen to water is minimized.
Brennstoffzellensysteme, die einen Kohlenwasserstoffbrennstoff aufspalten, um ein wasserstoffreiches Reformat zum Verbrauch durch PEM-Brennstoffzellen zu erzeugen, sind in der Technik gut bekannt. Derartige Systeme sind beschrieben in dem U.S.-Patent 6,077,620 von Pettit, das am 20. Juni 2000 erteilt wurde; der europäischen Patentveröffentlichung 977,293 von Skala, et al., die am 2. Februar 2000 veröf fentlicht wurde, und dem U.S.-Patent 4,650,722 von Vanderborgh, et al., das am 17. März 1957 erteilt wurde.Fuel cell systems which split a hydrocarbon fuel to a hydrogen-rich one Reformat to produce consumption by PEM fuel cells are well known in the art. Such systems are described in U.S. Patent 6,077,620 to Pettit, issued June 20, 2000 has been; the European Patent publication 977,293 to Skala, et al., Published Feb. 2, 2000 and U.S. Patent 4,650,722 to Vanderborgh, et al on March 17th 1957 was granted.
Die Verwendung von Brennstoffzellensystemen für Kohlenwasserstoffreformat in Autos und anderen Fahrzeugen besitzt spezielle Herausforderungen. Zusätzlich dazu, dass leicht verfügbare flüssige Brennstoffe verwendet werden sollen, wie oben beschrieben ist, müssen der Reformer wie auch die Brennstoffzellensysteme ein relativ geringes Gewicht besitzen und sie müssen dazu in der Lage sein, in einem breiten Bereich von Umgebungsbedingungen effizient arbeiten zu können (beispielsweise in einem Bereich von Temperaturen wie auch Feuchtebedingungen). Sie sollten auch schnell gestartet werden können, um Strom innerhalb eines kurzen Zeitintervalles nach der Startphase des Fahrzeugs erzeugen zu können. Somit ist es erwünscht, das Ausmaß der Erwärmung von Reaktandenkomponenten für den Reformer zu minimieren. Es ist ebenfalls erwünscht, die Menge an flüssigem Wasser zu minimieren, die in dem System gehandhabt werden muss, insbesondere, um die Notwendigkeit zu beseitigen, Wasser in dem System wieder auffüllen zu müssen.The Use of fuel cell systems for hydrocarbon reforming in cars and other vehicles has special challenges. additionally to that readily available liquid fuels should be used as described above, the Reformer as well as the fuel cell systems a relatively small Own weight and they have to to be able to operate efficiently in a wide range of environmental conditions to work (for example in a range of temperatures as well as humidity conditions). You should also be able to start up quickly to get power within one short time interval after the starting phase of the vehicle to generate can. Thus, it is desirable the extent of warming of Reactant components for to minimize the reformer. It is also desirable to have the amount of liquid water in particular, that must be handled in the system, to eliminate the need to recycle water in the system fill up to have to.
Wie oben beschrieben ist, existieren verschiedene Komponenten in dem Reformat-Brennstoffzellensystem, die Wasser erfordern, wobei dies insbesondere den Reformer, der Wasserdampf als Reaktand erfordert, den WGS-Reaktor und die Brennstoffzelle betrifft, die eine Befeuchtung der MEA erfordert, damit diese richtig funktionieren kann. Eine übliche Vorgehensweise, um das Wassergleichgewicht in Brennstoffzellensystemen zu steigern, ist die Verwendung von kondensierenden Wärmetauschern an verschiedenen Punkten in dem System. Beispielsweise werden Wärmetauscher unterstromig des Reformers verwendet, um den Reformataustrag auf eine Temperatur bei oder unterhalb seines Taupunktes zu kühlen, um so einen Niederschlag von Wasser zu erreichen. Das Wasser wird von dem gasförmigen Reformat getrennt und in einem Reservoir gespeichert. Das Wasser wird anschließend an den Reformer zurückgeführt, in dem es erhitzt wird, um Wasserdampf zu erzeugen. Wärmetauscher werden auch dazu verwendet, den Austragsstrom, der die Kathode der Brennstoffzelle verlässt, zu kühlen, um so das Wasser zu kondensieren, das zur Befeuchtung der MEA verwendet wird. Die Verwendung von Wärmetauschern hat jedoch verschiedene Probleme zur Folge. Beispielsweise ist der Wasserrückgewinnungswirkungsgrad von Wärmetauschern verringert, wenn die Umgebungstemperatur zunimmt. Damit können große Kühler nötig werden, um so die Kondensationswärme zu dissipieren. Überdies muss das flüssige Kondensat, das von den Wärmetauschern erzeugt wird, zur Wiederverwendung in dem System verdampft werden, was eine zusätzliche Energielast wie auch Verminderungen der Wirkungsgrade in dem System zur Folge hat.As described above, various components exist in the reformate fuel cell system that require water, particularly the reformer that requires water vapor as a reactant, the WGS reactor, and the fuel cell that requires humidification of the MEA to function properly can. A common way to increase water balance in fuel cell systems is to use condensing heat exchangers at various points in the system. For example, heat exchangers are used downstream of the reformer to cool the reformate discharge to a temperature at or below its dew point so as to achieve a precipitation of water. The water is separated from the gaseous reformate and stored in a reservoir. The water is then added to the Reformer returned in which it is heated to produce water vapor. Heat exchangers are also used to cool the effluent stream exiting the cathode of the fuel cell so as to condense the water used to humidify the MEA. However, the use of heat exchangers has various problems. For example, the heat recovery efficiency of heat exchangers is reduced as the ambient temperature increases. This may require large coolers to dissipate the heat of condensation. Moreover, the liquid condensate produced by the heat exchangers must be evaporated for reuse in the system, resulting in additional energy load as well as decreases in efficiencies in the system.
In der Technik sind bereits Vorgehensweisen hinsichtlich der Anforderungen an das Wassergleichgewicht in Brennstoffzellensystemen beschrieben worden. Dazu wird beispielsweise auf die deutsche Patentveröffentlichung 42 01 632 von Strasser, die am 29. Juli 1993 veröffentlicht wurde, das U.S.-Patent 6,007,931 von Fuller, et al., das am 28. Dezember 1999 erteilt wurde; und das U.S.-Patent 6,013,385 von DuBose verwiesen, das am 11. Januar 2000 erteilt wurde. Jedoch sind die Wassermanagementsysteme, die im Stand der Technik bekannt sind, auf diese Anforderungen nicht geeignet abgestimmt, da sie Probleme besitzen, wie beispielsweise ihre Unfähigkeit, ein richtiges Wassergleichgewicht über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen beizubehalten, ihre mechanische Komplexität wie auch mangelnde Zuverlässigkeit, erhöhte Systemenergieanforderungen wie auch potentielle Sicherheitsrisiken.In Techniques are already procedures with regard to the requirements to the water balance in fuel cell systems has been described. For this purpose, for example, the German patent publication No. 42 01 632 of Strasser, published July 29, 1993, U.S. Patent 6,007,931 to Fuller, et al., Issued December 28, 1999; and U.S. Patent 6,013,385 to DuBose, issued January 11, 2000 was granted. However, the water management systems that are in the state are known in the art, not suitable for these requirements because they have problems, such as their inability to a proper water balance over a wide range of Operating conditions, their mechanical complexity as well as lacking Reliability, increased System power requirements as well as potential security risks.
WO 99/67829 A2 beschreibt den Übergang von Wasserdampf, der eine Brennstoffzellenenergieerzeugungsanlage verlässt, zurück in die Anlage über ein direktes Masse- und Hitzeübertragungselement.WHERE 99/67829 A2 describes the transition from Water vapor leaving a fuel cell power plant back in the Plant over a direct mass and heat transfer element.
Ein Brennstoffprozessor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus WO 01/48849 A1 bekannt.One Fuel processor having the features of the preamble of the claim 1 is known from WO 01/48849 A1.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Brennstoffprozessor für die Erzeugung von Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff und ein verbessertes Verfahren zum Befeuchten eines Reaktanden für einen Brennstoffprozessor anzugeben.It the object of the present invention is an improved fuel processor for the generation of hydrogen from a hydrocarbon fuel and an improved one A method of humidifying a reactant for a fuel processor specify.
Diese Aufgabe wird mit einem Brennstoffprozessor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.These Task is using a fuel processor with the characteristics of Claim 1 and a method having the features of claim 11 solved. under claims are on preferred embodiments directed.
Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Brennstoffprozessor bzw. ein derartiges Verfahren unter Einsatz von Wasserübertragungsvorrichtungen erhebliche Vorteile gegenüber Wassermanagementsystemen, die in der Technik bekannt sind, besitzen.It has turned out that such a fuel processor or such a method using water transfer devices significant advantages over Water management systems that are known in the art possess.
Insbesondere besitzen derartige Systeme Vorteile bei der Beibehaltung eines Gesamtwassergleichgewichtes in dem System in einem Bereich von Betriebsbedingungen, verringerte Energieanforderungen, eine verringerte Komponentenkomplexität und erhöhte Zuverlässigkeit wie auch eine gesteigerte Betriebssicherheit.Especially Such systems have advantages in maintaining overall water balance in the system in a range of operating conditions decreased Energy requirements, reduced component complexity and increased reliability as well as increased operational safety.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Kohlenwasserstoff-Brennstoffprozessor vor. Der hier verwendete Begriff "Kohlenwasserstoff-Brennstoffprozessor" umfasst jede Vorrichtung, die einen Kohlenwasserstoffbrennstoff in Wasserstoff bevorzugt zur Verwendung in einer Brennstoffzelle umwandelt. Der Begriff "Brennstoffzelle", der hier verwendet ist, kann eine einzelne Zelle für die elektrochemische Erzeugung von Elektrizität, bevorzugt eine PEM-Brennstoffzelle unter Verwendung von Wasserstoff und einem Oxidationsmittel oder eine Vielzahl von Zellen in einem Stapel oder einer anderen Anordnung bezeichnen, die eine Serienverbindung der Zellen zulässt, um so eine erhöhte Spannung zu erzeugen. Der hier verwendete Begriff "Kohlenwasserstoff-Brennstoffzellenanlage" ist eine Vorrichtung, die eine Brennstoffzelle und einen Kohlenwasserstoff-Brennstoffprozessor umfasst, um Wasserstoff für die Brennstoffzelle zu erzeugen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kohlenwasserstoff-Brennstoffzellenanlage zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Kohlenwasserstoff-Brennstoffzellenanlage zur Verwendung in einer stationären Vorrichtung geeignet, wie beispielsweise einem Notstromgenerator oder Zusatz- oder Hilfsstromgenerator für Hausgebrauch oder kommerzielle Verwendung.The present invention provides a Koh hydrogen fuel processor. The term "hydrocarbon fuel processor" as used herein includes any device that converts a hydrocarbon fuel into hydrogen, preferably for use in a fuel cell. The term "fuel cell" as used herein may refer to a single cell for the electrochemical generation of electricity, preferably a PEM fuel cell using hydrogen and an oxidant, or a plurality of cells in a stack or other arrangement containing a Serial connection of the cells allows, so as to generate an increased voltage. The term "hydrocarbon fuel cell plant" as used herein is an apparatus that includes a fuel cell and a hydrocarbon fuel processor to produce hydrogen for the fuel cell. In a preferred embodiment, the hydrocarbon fuel cell plant is suitable for use in a motor vehicle. In another preferred embodiment, the hydrocarbon fuel cell plant is suitable for use in a stationary device, such as an emergency generator or auxiliary or auxiliary generator for domestic or commercial use.
Bevorzugt wandelt der Kohlenwasserstoff-Brennstoffprozessor Kohlenwasserstoff-Brennstoff unter Verwendung eines Oxidationsmittels und Wasser um, um einen Strom aus Wasserstoffgas zu erzeugen. Bevorzugt ist der Kohlenwasserstoff-Brennstoff ein Brennstoff, der reformiert werden kann, um Wasserstoff zu erzeugen, und kann Benzin, Dieselkraftstoff, Erdgas, Methan, Butan, Propan, Methanol, Ethanol oder deren Mischungen umfassen. (Das hier verwendete Wort "umfassen" (und seine Varianten) ist als nicht beschränkend anzusehen, so dass ein Aufzählen von Begriffen oder Möglichkeiten in einer Liste nicht dem Ausschluss anderer ähnlicher Begriffe oder Möglichkeiten dient, die ebenfalls in den Vorrichtungen, Einrichtungen, Komponenten, Materialien, Zusammensetzungen und Verfahren dieser Erfindung verwendet werden können.) Prefers The hydrocarbon fuel processor converts hydrocarbon fuel using an oxidizer and water around one Generate electricity from hydrogen gas. Preference is given to the hydrocarbon fuel a fuel that can be reformed to produce hydrogen, and can be gasoline, diesel fuel, natural gas, methane, butane, propane, Include methanol, ethanol or mixtures thereof. (The one used here Word "include" (and its variants) is not restrictive to look at, so an enumeration of terms or possibilities in a list not excluding other similar terms or possibilities which is also used in devices, devices, components, Materials, compositions and methods of this invention used can be.)
Insbesondere
sieht die vorliegende Erfindung, wie in
Reaktor:Reactor:
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst einen Reaktor, der in der Lage ist, einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Wasserstoff zur Verwendung in einer Brennstoffzelle umzuwandeln. Bevorzugte Reaktoren umfassen Wasserdampf reformierende Reaktoren und autotherme Reaktoren, wie oben allgemein im Hintergrund beschrieben wurde. Die mit dieser Erfindung verwendbaren Reaktoren sind in der Technik bekannt und beispielsweise in den folgenden Dokumenten beschrieben, die hier alle durch Bezugnahme eingeschlossen sind: U.S.-Patent 4,650,722, Vanderborgh, et al., erteilt am 17. März 1987; U.S.-Patent 6,077,620, Pettit, erteilt am 20. Juni 2000; und U.S.-Patent 6,132,689, Skala et al., erteilt am 22. September 1998; U.S.-Patent 6,159,626, Keskula et al., erteilt am 6. Juli 1999; europäische Patentoffenlegungsschrift 977,293; Skala et al., veröffentlicht am 2. Februar 2000; und europäische Patentoffenlegungsschrift 1,066,876 Keskula et al., veröffentlicht am 10. Januar 2001.The Apparatus of the present invention comprises a reactor which is able to convert a hydrocarbon fuel into hydrogen for use in a fuel cell. preferred Reactors include steam reforming reactors and autothermal ones Reactors as generally described above in the background. The Reactors usable with this invention are known in the art known and described for example in the following documents, which are all incorporated herein by reference: U.S. Patent 4,650,722, Vanderborgh, et al., Issued March 17, 1987; U.S. Patent 6,077,620, Pettit, issued on June 20, 2000; and U.S. Patent 6,132,689, Skala et al., issued Sep. 22, 1998; U.S. Patent 6,159,626, Keskula et al., issued July 6, 1999; European patent publication 977.293; Skala et al., Published on February 2, 2000; and European Patent Publication 1,066,876 Keskula et al., Published on January 10, 2001.
Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung, die allgemein in
Ein
Brennstofftank (
Bei
einem beispielhaften autothermen Reformierungsprozess reagieren
Benzin, Wasser (als Wasserdampf) und Sauerstoff (Luft) in einem
Primärreaktor
(
Diese
Reaktion wird durch die Verwendung eines Katalysators erleichtert
und läuft
exotherm ab. Ein bevorzugter POX-Katalysator umfasst eines oder mehrere
Edelmetalle, Pt, Rh, Pd, Ir, Os, Au und Ru. Andere Nicht-Edelmetalle oder
Kombinationen von Metallen, wie beispielsweise Ni und Co sind ebenfalls verwendbar.
Die Reaktion in dem POX-Abschnitt ist bevorzugt brennstoffreich.
Die heißen
POX-Reaktionsprodukte gelangen zusammen mit dem mit dem Brennstoff
eingeführten
Wasserdampf in den SR-Abschnitt, in dem die Kohlenwasserstoffe mit
Wasserdampf gemäß dem folgenden
allgemeinen Reaktionsschema reagieren:
Die Wasserdampfreformierungsreaktion verläuft endotherm. Die für diese endotherme Reaktion benötigte Wärme wird aus der Wärme bereitgestellt, die durch die exotherme POX-Reaktion erzeugt wird, und wird in den SR-Abschnitt durch den Abfluss des POX-Abschnittes geführt (daher der Begriff "autothermer Reaktor").The Steam reforming reaction is endothermic. The for this needed endothermic reaction Heat is from the heat provided by the exothermic POX reaction, and will be in the SR section passed through the outflow of the POX section (hence the term "autothermal reactor").
Die
Primärreformatprodukte
(
Bevorzugt
umfasst der Brennstoffprozessor dann auch einen oder mehrere unterstromige
Reaktoren, wie beispielsweise einen Wasser-Gas-Shift-Reaktor (WGS-Reaktor) (
Der
Shift-Reaktor (
Bei einer Ausführungsform ist ein Hochtemperatur-Shift-Abschnitt und ein Niedertemperatur-Shift-Abschnitt vorgesehen. Bei einer solchen spezifischen Ausführungsform umfasst der Hochtemperatur-Shift-Reaktor einen Fe3O4/Cr2O3-Katalysator und arbeitet bei einer Temperatur von etwa 400°C (752°F) bis etwa 550°C (1022°F). Bei der Ausführungsform umfasst der Niedertemperatur-Shift-Reaktor einen CuO/ZnO/Al2O3-Katalysator und arbeitet bei einer Temperatur von etwa 200°C (392°F) bis etwa 300°C (572°F). Bevorzugt erfolgt eine Kühlung des Reformatstromes zwischen den Hochtemperatur- und den Niedertemperaturabschnitten. Bei anderen Ausführungsformen umfasst der WGS-Reaktor eine Shift-Reaktion bei mittlerer Temperatur, die bei einer Temperatur von etwa 300°C (572°C) bis etwa 400°C (752°C) arbeitet, anstelle von oder zusätzlich zu den Hoch- und Niedertemperaturreaktoren.In one embodiment, a high temperature shift section and a low temperature shift section are provided. In such a specific embodiment, the high temperature shift reactor comprises a Fe 3 O 4 / Cr 2 O 3 catalyst and operates at a temperature of from about 400 ° C (752 ° F) to about 550 ° C (1022 ° F). In the embodiment, the low temperature shift reactor comprises a CuO / ZnO / Al 2 O 3 catalyst and operates at a temperature of about 200 ° C (392 ° F) to about 300 ° C (572 ° F). The cooling of the reformate stream between the high-temperature and the low-temperature sections preferably takes place. In other embodiments, the WGS reactor comprises a medium temperature shift reaction operating at a temperature of about 300 ° C (572 ° C) to about 400 ° C (752 ° C) instead of or in addition to the high temperature. and low temperature reactors.
Das
den Shift-Reaktor verlassende Reformat (
Diese Reaktion wird durchgeführt, um das im Wesentlichen gesamte oder zumindest den größten Teil des restlichen Kohlenmonoxids ohne Verbrauch übermäßiger Mengen an Wasserstoff zu verbrauchen.These Reaction is carried out to the substantially entire or at least the largest part of residual carbon monoxide without consuming excessive amounts of hydrogen to consume.
Ein
Luftstrom (
Bei
einer Ausführungsform
verlässt
der PrOx-Wasserstoffstrom (
Einige
der Reaktionen, die in den Reaktoren (
Der Brennstoffprozessor umfasst bevorzugt optional einen Brenner, der den Brennstoff, die Luft und/oder die Wasserreaktanden, die in den Reaktor eintreten, erhitzen kann. Für Brennstoffprozessoren mit einem Wasserdampfreformierungsreaktor heizt der Brenner den Reformer bevorzugt direkt oder indirekt. Bei einem bevorzugten Wasserdampfreformierungssystem werden die Reaktorbetten durch das heiße Abgas des Brenners erhitzt. Eine bevorzugte Ausführungsform, die einen autothermen Reformer umfasst, besitzt keinen Brenner.Of the Fuel processor preferably includes optionally a burner, the the fuel, the air and / or the water reactants which are in the Enter reactor, can heat. For fuel processors with a steam reforming reactor, the burner heats the reformer preferably directly or indirectly. In a preferred steam reforming system The reactor beds are heated by the hot exhaust gas from the burner. A preferred embodiment, which includes an autothermal reformer has no burner.
Der
Brenner umfasst bevorzugt eine Kammer mit einem Einlass, einem Austrag
und einem Katalysator. Bevorzugt ist die Brennstoffquelle des Brenners
der nicht reagierte Wasserstoff in dem Anodenabfluss. Zusätzlicher
Brennstoff (Strom
Der Kohlenwasserstoff-Brennstoff und/oder der Anodenabfluss reagieren in dem Katalysatorabschnitt des Brenners. Sauerstoff wird an den Brenner entweder von der Luftversorgung und/oder bevorzugt dem Kathodenabflussstrom abhängig von den Systembetriebsbedingungen geliefert. Bevorzugt gelangt der Austrag von dem Brenner durch einen Regler und einen Schalldämpfer und wird an die Atmosphäre freigegeben.Of the Hydrocarbon fuel and / or the anode effluent react in the catalyst section of the burner. Oxygen gets to the Burner either from the air supply and / or preferably the cathode effluent stream dependent supplied by the system operating conditions. Preferably reaches the Discharge from the burner through a regulator and a silencer and is released to the atmosphere.
Bei
Systemen, bei denen der Reaktor durch den Brenner erhitzt wird,
werden Enthalpiegleichungen dazu verwendet, die Menge an Kathodenaustragsluft
zu bestimmen, die an den Brenner geliefert werden muss, um so die
von den Reaktoren (
Wasser
für die
Reaktoren wird bevorzugt von der Wasserübertragungsvorrichtung (
Bevorzugt werden die verschiedenen Aspekte des Betriebs des Systems unter Verwendung eines geeigneten Mikroprozessors, Mikrocontrollers, Personalcomputers, etc. gesteuert, die eine Zentralverarbeitungseinheit besitzen, die in der Lage ist, ein Steuerprogramm und in einem Speicher gespeicherte Daten ausführen zu können. Die Steuerung kann eine zweckgebundene Steuerung sein, die für eine der Komponenten spezifisch ist, oder kann als Software implementiert sein, die in einem elektronischen Hauptsteuermodul des Fahrzeugs gespeichert ist. Ferner ist es obwohl auf Software basierende Steuerprogramme zur Steuerung von Systemkomponenten in verschiedenen Betriebsarten, wie oben beschrieben ist, verwendbar sind, auch möglich, dass die Steuerung teilweise oder vollständig durch eine zweckbestimmte elektronische Schaltung implementiert sein kann.Prefers the various aspects of the operation of the system are under Using a suitable microprocessor, microcontroller, personal computer, etc., which have a central processing unit which is capable of having a control program and stored in a memory Execute data to be able to. The controller may be a dedicated controller suitable for one of Components is specific, or can be implemented as software be in an electronic main control module of the vehicle is stored. Further, although it is software based control programs for controlling system components in different operating modes, As described above, it is also possible that the control partly or completely by a dedicated electronic circuit can be implemented.
Wasserübertragungsvorrichtung:Water transfer device:
Die
vorliegende Erfindung sieht auch eine Wasserübertragungsvorrichtung vor,
die Wasserdampf von einem feuchten Gasstrom an einen trockenen Gasstrom überträgt. Die
Wasserübertragungsvorrichtungen
dieser Erfindung umfassen eine Struktur mit einem Durchflussweg
für ein
Primärgas, einem
Durchflussweg für
ein Sekundärgas
wie auch einer Wasserübertragungsmembran
mit einer ersten und zweiten Fläche,
wobei die erste Fläche
der Membran in wesentlichem Kontakt mit dem Durchflussweg für das Primärgas und
die zweite Fläche
in wesentlichem Kontakt mit dem zweiten Durchflussweg steht. Wasserdampf
in einem Gas, das in einem Durchflussweg (beispielsweise dem ersten
Durchflussweg) strömt,
wird durch die Membran an den anderen Durchflussweg (beispielsweise
den zweiten Durchflussweg) übertragen.
Eine bevorzugte Wasserübertragungsvorrichtung
für die Übertragung
von Wasserdampf zwischen einem Primärgas und einem Sekundärgas in
einer Brennstoffzellen-Energieerzeugungsanlage (eine Ausführungsform
davon ist in
- (a) einen Primärgaseinlass (
20 ); - (b) einen Primärgasauslass
(
21 ); - (c) eine Rohrleitung (
22 ) mit einem Innenhohlraum (23 ) und einer Außenfläche (24 ), deren Wände ein Wasserübertragungsmembranmaterial umfassen, wobei ein Ende der Rohrleitung mit dem Primärgaseinlass (20 ) und das andere Ende der Rohrleitung mit dem Primärgasauslass (21 ) verbunden ist, so dass der Durchfluss eines Primärgases durch den inneren Hohlraum möglich ist; und - (d) ein Gehäuse
(
25 ), das einen Hohlraum (26 ) um zumindest einen Anteil der Außenfläche der Rohrleitung (22 ) herum umschließt und diesen ausbildet, wobei das Gehäuse einen Sekundärgaseinlass (27 ) und einen Sekundärgasauslass (28 ) aufweist, um eine Strömung eines Sekundärgases durch den Hohlraum (26 ) zu ermöglichen, wobei das Sekundärgas, das durch den Hohlraum des Gehäuses strömt, über eine Außenfläche der Rohrleitung strömt, sich jedoch nicht wesentlich mit Primärgas mischt, das durch den Innenhohlraum der Rohrleitung strömt.
- (a) a primary gas inlet (
20 ); - (b) a primary gas outlet (
21 ); - (c) a pipeline (
22 ) with an internal cavity (23 ) and an outer surface (24 ) whose walls comprise a water transfer membrane material, one end of the pipeline having the primary gas inlet (20 ) and the other end of the pipeline with the primary gas outlet (21 ), so that the flow of a primary gas through the inner cavity is possible; and - (d) a housing (
25 ), which has a cavity (26 ) by at least a portion of the outer surface of the pipeline (22 enclosing and forming it, the housing having a secondary gas inlet (27 ) and a secondary gas outlet (28 ) to prevent a flow of a secondary gas through the cavity (26 ), wherein the secondary gas flowing through the cavity of the housing flows over an outer surface of the pipeline but does not substantially mix with primary gas flowing through the inner cavity of the pipeline.
Die
Rohrleitungen können
eine Vielzahl von Formen besitzen und zum Beispiel im Wesentlichen zylindrische
Rohre und dreidimensionale rechtwinklige Durchgänge sein. Bevorzugt umfasst
die Wasserübertragungsvorrichtung
eine Vielzahl von Rohrleitungen (
Das
Material für
die Wasserübertragungsmembran,
das hier verwendbar ist, ist ein beliebiges Material, das die Übertragung
von Wasserdampf von einem Gas zu einem anderen ermöglicht.
Bevorzugt erlaubt ein derartiges Material selektiv die Übertragung
von Wasserdampf, ohne dass auch die Übertragung anderer Gase zugelassen
wird. Eine bevorzugte Wasserübertragungsmembran
erlaubt selektiv die Übertragung
von Wasserdampf von einem Strom an Primärgas zu einem Strom an Sekundärgas, ohne dass
ein größerer Durchgang
(Leckage) anderer Komponenten von dem Primärgasstrom zu dem Sekundärstrom zugelassen
wird. Bevorzugt ist, wie in
Bevorzugte Materialien für die Wasserübertragungsmembran, die hier verwendbar sind, umfassen diejenigen, die hergestellt sind aus Perfluorosulfonsäurepolymer (engl. poly [perfluorosulfonic] acid), sulfoniertem Polystyren, Polyethersulfon, sulfoniertem Polyetherketon, Polycarbonaten, anderen sulfonierten Materialien und deren Mischungen. Ein bevorzugtes Membranmaterial besteht aus Perfluorosulfonsäurepolymer. Ein besonders bevorzugtes Membranmaterial wird mit der Handelsbezeichnung "NAFION" von der E. I. DuPont de Nemours Company vertrieben. Hier verwendbare Rohre, die aus NAFION-Membran bestehen, werden mit der Handelsbezeichnung "PD SERIES MOISTURE EXCHANGERS" von Perma Pure, Inc. vertrieben.preferred Materials for the water transfer membrane, used herein include those that are made from perfluorosulfonic acid polymer (poly [perfluorosulfonic] acid), sulfonated polystyrene, Polyethersulfone, sulfonated polyetherketone, polycarbonates, others sulfonated materials and mixtures thereof. A preferred membrane material consists of perfluorosulfonic acid polymer. A particularly preferred membrane material is sold under the trade designation "NAFION" by E. I. DuPont de Nemours Company. Here usable tubes, which are made of NAFION membrane exist under the trade designation "PD SERIES MOISTURE EXCHANGERS" by Perma Pure, Inc. distributed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Primärgas Wasserstoffreformat, das durch den Reaktor gebildet wird und Wasser als ein Nebenprodukt der Reformatreaktionen umfasst. Demgemäß umfasst ein bevorzugter Kohlenwasserstoffreformer für eine Energieerzeugungsanlage dieser Erfindung:
- (a) einen Reaktor mit einem Reaktandeneingang und einem Wasserstoffproduktausgang; und
- (b) eine Wasserübertragungsvorrichtung mit (i) einem Übertragungsvorrichtungseingang, der mit dem Wasserstoffproduktausgang des Reaktors verbunden ist, (ii) einem Übertragungsvorrichtungsausgang, der mit dem Reaktandeneingang des Reaktors verbunden ist, und (iii) einer Wasserübertragungsmembran; wobei die Wasserübertragungsvorrichtung Wasser von dem Wasserstoffproduktausgang an den Reaktandeneingang überträgt. Ein bevorzugtes Verfahren dieser Erfindung umfasst die Übertragung von Wasserdampf von dem Reformat, das durch einen Reaktor gebildet wird, an einen Reaktanden unter Verwendung einer Wasserdampfübertragungsvorrichtung, die eine Wasserübertragungsmembran umfasst.
- (a) a reactor having a reactant inlet and a hydrogen product outlet; and
- (b) a water transfer device having (i) a transfer device inlet connected to the hydrogen product exit of the reactor, (ii) a transfer device outlet connected to the reactant inlet of the reactor, and (iii) a water transfer membrane; wherein the water transfer device transfers water from the hydrogen product exit to the reactant inlet. A preferred method of this invention involves the transfer of water vapor from the reformate formed by a reactor to a reactant using a water vapor transfer device comprising a water transfer membrane.
Bei
einer Ausführungsform,
die in
Bei
der in
Bevorzugt beträgt der Druck des Primärgases in der Rohrleitung etwa 50% bis etwa 500%, bevorzugter etwa 100% bis etwa 300% und bevorzugter etwa 170% bis etwa 270% des Druckes des Sekundärgases in dem Gehäuse. Auch ist die Temperatur des trockenen Gasstromes bevorzugt kleiner oder gleich der Temperatur des feuchten Gasstromes. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der trockene Gasstrom aus Luft bevorzugt bei einer Temperatur von kleiner als etwa 85°C (185°F), bevorzugter kleiner als etwa 50°C (122°F) und bevorzugter kleiner als etwa 30°C (86°F). Bevorzugt besteht der trockene Gasstrom aus Luft bei etwa Umgebungstemperatur und etwa Umgebungsdruck.Prefers is the pressure of the primary gas in the pipeline about 50% to about 500%, more preferably about 100% to about 300%, and more preferably about 170% to about 270% of the pressure of the secondary gas in the case. Also, the temperature of the dry gas stream is preferably smaller or equal to the temperature of the moist gas stream. In a preferred embodiment the dry gas stream of air is preferably at a temperature less than about 85 ° C (185 ° F), more preferably less than about 50 ° C (122 ° F) and more preferably less than about 30 ° C (86 ° F). Preferably, the dry consists Gas flow from air at about ambient temperature and about ambient pressure.
Bevorzugt wird die Temperatur des feuchten Gasstromes an den Eingang der Wasserübertragungsvorrichtung auf einer Temperatur oberhalb des Taupunktes des Gases beibehalten, so dass das Wasser in der Wasserübertragungsvorrichtung nicht kondensiert. Bevorzugt befindet sich die Temperatur des feuchten Gasstromes an dem Einlass der Wasserübertragungsvorrichtung zwischen etwa 1°C (1,8°F) bis etwa 10°C (18°F), bevorzugter zwischen etwa 1°C (1,8°F) und etwa 5°C (9°F) oberhalb seines Taupunktes.Prefers the temperature of the moist gas stream is at the entrance of the water transfer device maintained at a temperature above the dew point of the gas, so that the water in the water transfer device not condensed. Preferably, the temperature of the moist Gas flow at the inlet of the water transfer device between about 1 ° C (1.8 ° F) to about 10 ° C (18 ° F), more preferably between about 1 ° C (1.8 ° F) and about 5 ° C (9 ° F) above its dew point.
Bevorzugt beträgt der Wasserübertragungswirkungsgrad der Wasserübertragungsvorrichtung dieser Erfindung zumindest etwa 30%, bevorzugter zumindest etwa 50%, bevorzugter zumindest etwa 80% und bevorzugter zumindest etwa 90%. Der hier verwendete Begriff "Wasserübertragungswirkungsgrad" ist das Verhältnis von dWakt/dWmax, wobei dWakt die Menge an Wasser ist, die aktuell von dem feuchten Gasstrom auf den trockenen Gasstrom übertragen wird, und dWmax die maximale Menge an Wasser ist, die theoretisch übertragen werden könnte. Die Menge an Wasser, die übertragen werden kann, kann unter Verwendung herkömmlicher Messungen des Wassergehaltes gasförmiger Ströme bestimmt werden, wie in der Technik bekannt ist. Die maximale Menge an Wasser, dWmax, ist die kleinere aus der Maximalmenge an Wasser, die durch den trockenen Gasstrom absorbiert werden kann (bei einer gegebenen Betriebstemperatur und einem gegebenen Betriebsdruck), und der aktuellen Menge an Wasser in dem feuchten Eingangsgasstrom.Preferably, the water transfer efficiency of the water transfer device of this invention is at least about 30%, more preferably at least about 50%, more preferably at least about 80%, and more preferably at least about 90%. The term "water transfer efficiency" as used herein is the ratio of dW act / dW max , where dW act is the amount of water currently transferred from the wet gas stream to the dry gas stream, and dW max is the maximum amount of water theoretically could be transferred. The amount of water that can be transferred can be determined using conventional measurements of the water content of gaseous streams, as known in the art. The maximum amount of water, dw max , is the smaller of the maximum amount of water that can be absorbed by the dry gas stream (at a given operating temperature and operating pressure) and the actual amount of water in the wet input gas stream.
Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Brennstoffprozessors umfasst auch eine Luftbewegungsvorrichtung,
wie beispielsweise einen Kompressor oder ein Gebläse, zur
Lieferung von Luft an den Reaktor (z. B. die Primär- und WGS-Reaktoren). Wie
in den
Die Beispiele und anderen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, sind beispielhaft und nicht zur Beschränkung bei der Beschreibung des vollständigen Schutzumfanges der Vorrichtungen, Einrichtungen, Komponenten, Materialien, Zusammensetzungen und Verfahren dieser Erfindung bestimmt. Gleichwertige Änderungen, Abwandlungen und Variationen der spezifischen Ausführungsformen, Materialien, Zusammensetzungen und Verfahren können mit im Wesentlichen gleichen Ergebnissen durchgeführt werden.The examples and other embodiments described herein are intended to be illustrative and not restrictive in describing the full scope of the devices, devices, components, materials, compositions and methods of this invention. Equivalent changes, modifications and variations of the specific embodiment Methods, materials, compositions and methods may be practiced with substantially similar results.
Claims (17)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/910,307 | 2001-07-20 | ||
US09/910,307 US6875246B2 (en) | 2001-07-20 | 2001-07-20 | Water vapor transfer device for fuel cell reformer |
PCT/US2002/021762 WO2003008329A1 (en) | 2001-07-20 | 2002-07-10 | Water vapor transfer device for fuel cell reformer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10297048T5 DE10297048T5 (en) | 2004-07-08 |
DE10297048B4 true DE10297048B4 (en) | 2006-09-14 |
Family
ID=25428596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10297048T Expired - Lifetime DE10297048B4 (en) | 2001-07-20 | 2002-07-10 | Water vapor transmission device for a fuel cell reformer |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6875246B2 (en) |
JP (1) | JP4065235B2 (en) |
CN (1) | CN1533360A (en) |
DE (1) | DE10297048B4 (en) |
WO (1) | WO2003008329A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012018163A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for operating two sub-processes with different water vapor requirements in an overall process |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6630260B2 (en) * | 2001-07-20 | 2003-10-07 | General Motors Corporation | Water vapor transfer device for a fuel cell power plant |
JP2004018363A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Nissan Motor Co Ltd | Apparatus for fuel reforming |
US7625647B2 (en) * | 2002-12-09 | 2009-12-01 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell system with integrated thermal-to-electric generating devices |
JP2006222101A (en) * | 2003-01-10 | 2006-08-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
US6979503B2 (en) * | 2003-04-04 | 2005-12-27 | Texaco Inc. | Method and apparatus for burst disk identification |
US20040226217A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-18 | University Of Chicago | Fuel processor for producing hydrogen from hydrocarbon fuels |
US7037612B2 (en) * | 2003-11-26 | 2006-05-02 | Utc Fuel Cells, Llc | Moisture stabilization for a fuel cell power plant system |
MXPA06013098A (en) * | 2004-05-28 | 2007-04-27 | Hyradix Inc | Hydrogen generation process using partial oxidation/steam reforming. |
US7575610B2 (en) * | 2004-06-07 | 2009-08-18 | Utc Power Corporation | Compact production of reformate and segregated H2, N2 and CO2 |
DE102004055425B4 (en) * | 2004-11-17 | 2007-06-14 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Mixing chamber for a reformer and method for operating the same |
US20060183009A1 (en) * | 2005-02-11 | 2006-08-17 | Berlowitz Paul J | Fuel cell fuel processor with hydrogen buffering |
DE102012102251B4 (en) * | 2012-03-16 | 2013-11-07 | Das Environmental Expert Gmbh | Process and device for the treatment of noxious gases |
US20140080080A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | GM Global Technology Operations LLC | Annealed WVT Membranes to Impart Durability and Performance |
DE102012018164A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for operating a steam-demanding sub-process in an overall process |
JP2018162195A (en) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production apparatus |
JP2018162193A (en) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | 東京瓦斯株式会社 | Hydrogen production apparatus |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4201632C2 (en) * | 1992-01-23 | 1997-02-06 | Siemens Ag | Method and arrangement for moistening the reactants flowing into a fuel cell |
WO1999067829A2 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-29 | International Fuel Cells Corporation | Direct mass and heat transfer fuel cell power plant |
DE19908905A1 (en) * | 1999-03-02 | 2000-09-07 | Daimler Chrysler Ag | Fuel cell system with associated hydrogen production plant |
WO2001048849A1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Daikin Industries, Ltd. | Humidifying device for fuel cell |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3134697A (en) * | 1959-11-03 | 1964-05-26 | Gen Electric | Fuel cell |
US4650722A (en) * | 1980-06-13 | 1987-03-17 | Union Carbide Corporation | Hard faced article |
US4927857A (en) * | 1982-09-30 | 1990-05-22 | Engelhard Corporation | Method of methanol production |
US5272017A (en) * | 1992-04-03 | 1993-12-21 | General Motors Corporation | Membrane-electrode assemblies for electrochemical cells |
CA2142090A1 (en) * | 1992-08-10 | 1994-02-17 | Karl Strasser | Fuel cell and method for moistening the electrolyte |
ES2101920T3 (en) * | 1992-11-05 | 1997-07-16 | Siemens Ag | PROCEDURE AND DEVICE FOR THE EVACUATION OF WATER AND / OR INERT GASES FROM A BATTERY OF FUEL CELLS. |
ES2297858T3 (en) * | 1996-05-17 | 2008-05-01 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | DISPOSABLE ELEMENT THAT IS USED IN A BODY LIQUID SAMPLING DEVICE. |
US5763113A (en) * | 1996-08-26 | 1998-06-09 | General Motors Corporation | PEM fuel cell monitoring system |
US5965010A (en) * | 1997-07-15 | 1999-10-12 | Niagara Mohawk Power Corporation | Electrochemical autothermal reformer |
US6013385A (en) * | 1997-07-25 | 2000-01-11 | Emprise Corporation | Fuel cell gas management system |
US6077620A (en) * | 1997-11-26 | 2000-06-20 | General Motors Corporation | Fuel cell system with combustor-heated reformer |
US6048472A (en) * | 1997-12-23 | 2000-04-11 | Air Products And Chemicals, Inc. | Production of synthesis gas by mixed conducting membranes |
US6007931A (en) * | 1998-06-24 | 1999-12-28 | International Fuel Cells Corporation | Mass and heat recovery system for a fuel cell power plant |
US6238815B1 (en) | 1998-07-29 | 2001-05-29 | General Motors Corporation | Thermally integrated staged methanol reformer and method |
US6132689A (en) * | 1998-09-22 | 2000-10-17 | General Motors Corporation | Multi-stage, isothermal CO preferential oxidation reactor |
US6391484B1 (en) | 1999-07-06 | 2002-05-21 | General Motors Corporation | Fuel processor temperature monitoring and control |
US6159626A (en) * | 1999-07-06 | 2000-12-12 | General Motors Corporation | Fuel cell system logic for differentiating between rapid and normal shutdown commands |
US6579637B1 (en) * | 2000-05-31 | 2003-06-17 | General Motors Corporation | Fuel cell system having a compact water separator |
CA2417896A1 (en) * | 2000-07-31 | 2002-02-07 | Nuvant Systems, Llc. | Hydrogen permeable membrane for use in fuel cells, and partial reformate fuel cell system having reforming catalysts in the anode fuel cell compartment |
US6485854B1 (en) * | 2000-10-19 | 2002-11-26 | General Motors Corporation | Gas-liquid separator for fuel cell system |
US6838200B2 (en) * | 2002-01-22 | 2005-01-04 | General Motors Corporation | Fuel processing system having gas recirculation for transient operations |
US7276095B2 (en) * | 2003-03-14 | 2007-10-02 | General Motors Corporation | Fuel processor module for hydrogen production for a fuel cell engine using pressure swing adsorption |
-
2001
- 2001-07-20 US US09/910,307 patent/US6875246B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-07-10 CN CNA028145887A patent/CN1533360A/en active Pending
- 2002-07-10 DE DE10297048T patent/DE10297048B4/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-07-10 WO PCT/US2002/021762 patent/WO2003008329A1/en active Application Filing
- 2002-07-10 JP JP2003513894A patent/JP4065235B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4201632C2 (en) * | 1992-01-23 | 1997-02-06 | Siemens Ag | Method and arrangement for moistening the reactants flowing into a fuel cell |
WO1999067829A2 (en) * | 1998-06-03 | 1999-12-29 | International Fuel Cells Corporation | Direct mass and heat transfer fuel cell power plant |
DE19908905A1 (en) * | 1999-03-02 | 2000-09-07 | Daimler Chrysler Ag | Fuel cell system with associated hydrogen production plant |
WO2001048849A1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Daikin Industries, Ltd. | Humidifying device for fuel cell |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012018163A1 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Method for operating two sub-processes with different water vapor requirements in an overall process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20030014918A1 (en) | 2003-01-23 |
JP2004535351A (en) | 2004-11-25 |
WO2003008329A1 (en) | 2003-01-30 |
US6875246B2 (en) | 2005-04-05 |
CN1533360A (en) | 2004-09-29 |
DE10297048T5 (en) | 2004-07-08 |
JP4065235B2 (en) | 2008-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10297056B4 (en) | The fuel cell system | |
DE10297048B4 (en) | Water vapor transmission device for a fuel cell reformer | |
DE60133326T2 (en) | Fuel cell with wavy membrane electrode set | |
EP1121724B1 (en) | Fuel cell which operates with an excess of fuel | |
EP3111499B1 (en) | Fuel cell system | |
DE10048183B4 (en) | Method and device for monitoring a hydrogen-containing gas stream | |
DE19908905C2 (en) | Fuel cell system with associated hydrogen production plant | |
DE60222712T2 (en) | Water recovery for a fuel cell plant | |
US6312842B1 (en) | Water retention system for a fuel cell power plant | |
EP2153485B1 (en) | Fuel cell system operated with liquid gas | |
DE19823499A1 (en) | Hydrogen@ manufacturing apparatus used in fuel cell system | |
DE19746074A1 (en) | Fuel cell using methanol as fuel and molten carbonate as fuel element | |
DE69915632T2 (en) | FUEL CELL PLANT WITH DIRECT MASS AND HEAT TRANSPORT | |
DE19637207C2 (en) | Power generation plant and method | |
US6514634B1 (en) | Method and system for humidification of a fuel | |
DE102012218648A1 (en) | Solid oxide fuel cell system for storing heat for heating e.g. building, has recirculation circuits comprising carbon dioxide separator for recirculating anode exhaust gas, where separator has carbon dioxide selective membrane or centrifuge | |
DE102015216254B4 (en) | Fuel cell module | |
DE102004015563B4 (en) | Method for preheating fuel cell stacks | |
WO2009103554A1 (en) | High-temperature fuel cell system and method for generating power and heat with the aid of a high-temperature fuel cell system | |
DE102007043894A1 (en) | Liquid or gaseous hydrocarbons or alcohol reforming method for e.g. alkaline fuel cell system, involves allowing cathode exhaust gas to undergo reformation process, so that water vapor contained in gas undergoes water gas shift-process | |
DE10011849A1 (en) | Fuel cell current generation device for automobile has reformer units inserted between serial fuel cell units | |
EP1628355A2 (en) | Heat exchanger, current generator and air conditioning device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law |
Ref document number: 10297048 Country of ref document: DE Date of ref document: 20040708 Kind code of ref document: P |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN |
|
8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: PFANDRECHT |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: GENERAL MOTORS COMPANY, DETROIT, MICH., US |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: GENERAL MOTORS LLC ( N. D. GES. D. STAATES DEL, US Free format text: FORMER OWNER: GENERAL MOTORS COMPANY, DETROIT, MICH., US Effective date: 20110428 |
|
R071 | Expiry of right |